Langweilige Rechenzentren aus Stahlbeton liegen nicht mehr im Trend, IT-Unternehmen versuchen, sie auf und unter Wasser zu platzieren. Es gibt Gerüchte über Weltraum-Rechenzentren - wir konnten ein so technologisch schönes Phänomen nicht überwinden.
Die rasant steigende Nachfrage nach Computerressourcen hat zum Bau einer Vielzahl von Rechenzentren geführt. Die darin installierten Geräte verbrauchen Megawatt Strom und erzeugen Wärme. Das Hauptproblem war die Energieeffizienz, an die zu Beginn des Hochbaus niemand gedacht hat: Heute erhöhen Ingenieure die Leistungsdichte pro Rack, reduzieren den PUE (das Verhältnis des Gesamtenergieverbrauchs zum Verbrauch von IT-Geräten) und beschäftigen sich mit anderen technologischen Schamanismen. Branchenführer suchen zunehmend nach innovativen Lösungen. Heute werden wir versuchen herauszufinden, was mehr in diesem Prozess ist - Fiktion oder Wahnsinn.
Rechenzentrum im Weltraum
Die Kosten für die Lieferung von Waren vom Planeten sind hoch. Bei der Einstellung von qualifiziertem Personal für die Wartung von Geräten im Orbit treten Probleme auf. Bei der Datenübertragung treten Schwierigkeiten auf. Die Satellitenkommunikation ermöglicht keine so kurze Reaktionszeit wie Glasfaserleitungen. Es gibt ein Problem mit der Weltraumstrahlung, vor dem empfindliche elektronische Geräte geschützt werden müssen. Das Lustige ist, dass es schwieriger ist, die von IT-Eisen im Weltraum erzeugte Wärme zu nutzen als auf der Erde. Amateure nennen es kalt, aber der Raum ist ziemlich leer, abgesehen von dem geringen Gehalt an verschiedenen Atomen, elektromagnetischer Strahlung und einer Vielzahl von Elementarteilchen. Das Vakuum leitet keine Wärme, daher ist die einzige Möglichkeit, sie in die äußere Umgebung abzuleiten, elektromagnetische Strahlung, dh riesige beheizte Strahler, die im Infrarotbereich leuchten.
Dennoch schlagen Enthusiasten vor, Rechenzentren im Weltraum zu platzieren, obwohl Megawattkapazitäten nicht in Frage kommen. Unter Weltraumforschern gibt es viele Befürworter der Verschwörungstheorie - es gibt eine Meinung, dass im Orbit keine Daten für Regierungen und andere Reptilien verfügbar sein werden (wir würden über Reptilien streiten). Im Jahr 2016 hat Cloud Constellation aus Los Angeles die Investoren aktiv reduziert und versprochen, bis 2019 ein ganzes Petabyte Daten in einem eigenen Netzwerk aus Satellitenservern und Kommunikationssatelliten in die Umlaufbahn zu bringen. Die Frist ist bereits abgelaufen, es wird jedoch keine Orbitalgruppe erwähnt. Dies hinderte Cloud Constellation nicht daran , 2018 100 Millionen US-Dollar aufzubringen .
StartX ConnectX plant den Start eines Satellitennetzwerks zum Speichern von Krypto-Geldbörsen und anderen privaten Daten außerhalb des Planeten. Die britische Weltraumbehörde hat mehr als 4 Millionen Pfund für die Schaffung eines Demonstrations-Supercomputers im Weltraum bereitgestellt. Es ist zu früh, um über andere Welten zu sprechen: Die Menschheit sendet kaum automatische Sonden dorthin. Was für ein Rechenzentrum ist das? Und warum werden sie benötigt, wenn das Funksignal vom Mars zur Erde beispielsweise je nach relativer Position der Planeten zwischen 3 und 22 Minuten dauert? Weniger verrückte Optionen werden hauptsächlich im Bereich der Weltraumkommunikation angeboten, aber bisher bleiben außerirdische Rechenzentren fantastisch, wenn Sie noch nicht realisierte Projektionen von Startups nicht zählen.
Auf Wasser und unter Wasser
Wir werden vom luftleeren Meer in die Tiefen des Meeres hinabsteigen: Im vergangenen Sommer begann Microsoft mit der zweiten Phase des Natick-Projekts , dessen Ziel es war, ein modulares Unterwasser-Rechenzentrum zu schaffen. Seit 2013 wurden Experimente mit Tauchservern durchgeführt, und 2018 wurde ein Prototyp von der Größe eines Seecontainers vor der Küste Schottlands auf den Grund gesenkt. Es enthält 12 Racks, in denen 864 Server montiert sind. Der Aufbau leistungsfähiger Rechenzentren aus solchen Modulen in der Nähe von Großstädten kann (theoretisch) billiger sein als an Land. Wasser zeichnet sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Wärmekapazität aus, wodurch das Kühlproblem vereinfacht wird. Bei Datenübertragungskanälen sind ebenfalls keine Schwierigkeiten zu erwarten, die Technologie zur Verlegung von Seefaserleitungen ist seit langem ausgearbeitet.
Ingenieure testen Project Natick-Server und Kühlsysteme bei der Naval Group in Frankreich. Foto: news.microsoft.com
Darüber hinaus hat Microsoft Ideen für die Verwendung erneuerbarer Energiequellen zur Stromversorgung der IT-Last: Gezeitenturbinen, Wellenenergiekonverter und sogar Windturbinen, die am Ufer installiert sind. Nicht ohne Probleme: Das Meer ist ziemlich feucht und die Elektronik mag keine Feuchtigkeit. Es ist klar, dass die Rechenzentrumsmodule dicht und fehlertolerant sein müssen und lange Zeit ohne Wartung arbeiten müssen. Um Korrosion zu vermeiden, wird das Innere der Behälter mit Stickstoff gefüllt.
Die Jungs von Google tauchen nicht so tief, aber sie schwimmen ziemlich sicher. Richtig, bisher im Internet: in Bildern und Videos. Die Idee, ein Rechenzentrum an Bord des Schiffes zu platzieren, ist im Allgemeinen nicht neu. Es taucht seit 10 Jahren in verschiedenen Varianten im Internet auf. Jemand ist auf einen Lastkahn vor der Küste beschränkt, andere möchten in neutralen Gewässern segeln, um keine Probleme mit den Gesetzen verschiedener Länder zu haben. Sie können sich an die Firma Nautilus Data Technologies aus den USA erinnern, die einen Prototyp eines schwimmenden Rechenzentrums entwickelt hat. Die Ingenieure von Google haben sich schon lange mit dem Problem befasst, aber dann wurde dem Unternehmen die Idee der Seefahrt kalt. Dies hinderte sie nicht daran, 2017 ein Rechenzentrum zu patentieren, das von Drachen in Wellen angetrieben wird. Diese Originalgeräte müssen ebenfalls Strom erzeugen.
Die Hauptidee hier ist ungefähr die gleiche wie bei Tauchservern - die Verwendung von Meerwasser zur Kühlung. Gleichzeitig bleiben Rechenzentren gewartet, was im Allgemeinen ziemlich gut ist. Es ist schwer zu sagen, wie vielversprechend solche Projekte sind, aber sie sind auf dem gegenwärtigen Stand der menschlichen Entwicklung durchaus machbar. Schwimmende Rechenzentren können beispielsweise in Ländern mit einem warmen Meeresklima und einem Mangel an Land zum Bauen verwendet werden. Darüber hinaus ist dies eine gute Möglichkeit, alte Schiffe zu entsorgen.
Freecooling in der Arktis
Wir werden von der Tiefsee an Land zurückkehren und uns die klassischen Rechenzentren ansehen. Angesichts des Trends zur Erhöhung der Leistungsdichte pro Rack und des Abgangs großer IT-Unternehmen in die sogenannten Hyperscale Computing, das Problem mit der Wärmeableitung wird immer ernster. Bis zu einem gewissen Grad kann es durch den Modus reduziert werden, wodurch der für IT-Geräte akzeptable Grad erhöht wird. Die Funktionsweise der traditionellen technischen Infrastruktur (Kühlung und unterbrechungsfreie Stromversorgung) kann jedoch 30 bis 50% des Energieverbrauchs des Rechenzentrums ausmachen. Gleichzeitig die Hauptkostenposition - mit leistungsstarken Klimakompressoren. Es wäre eine logische Entscheidung, zu versuchen, sie zumindest teilweise aufzugeben, indem eines der bestehenden Schemata der freien Kühlung (Freecooling) angewendet wird.
Wenn Sie sich nicht mit den technischen Details befassen, gibt es zwei Möglichkeiten: direkte Einkreiskühlung der Maschinenräume mit Außenluft mit teilweiser Umwälzung im Winter sowie Zweikreissysteme mit Luftumwälzung in den Maschinenräumen und Erholungsvorrichtungen. Im ersten Fall wird erwärmte Luft aus den heißen Zonen in die Atmosphäre freigesetzt und die gereinigte Luft von der Straße in die kalten Zonen eingespeist. Manchmal muss es auch getrocknet oder angefeuchtet werden, und die Filter müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Wenn es draußen zu kalt ist, wird die teilweise Umwälzung aktiviert.
Das zweite Schema setzt das Vorhandensein von zwei offenen Stromkreisen voraus: Das Rechenzentrum zirkuliert im Inneren und die Außenluft wird nach außen geliefert. Die Wärmeübertragung erfolgt in einer Regenerationsvorrichtung. Es kann auch verschiedene Optionen geben, wir werden uns auf die interessantesten konzentrieren - einen Rotationswärmetauscher, der auch als Kyoto-Kühlsystem bezeichnet wird. Das Funktionsprinzip ist sehr einfach: Ein massives Metallrad dreht sich langsam und überträgt Wärme vom internen Stromkreis zum externen.
Leider kann die freie Kühlung aufgrund der hohen Anforderungen an die Außentemperatur nicht das ganze Jahr über genutzt werden: Wenn sie zu hoch ist, wird die künstliche Kälteeinstellung automatisch eingeschaltet. In den nördlichen Regionen können Sie durch die Verwendung von Freecooling bis zu 80% der Zeit ausgeschaltet bleiben, wenn Sie die durchschnittlichen Indikatoren für das Jahr verwenden. Die effizientesten Rotationswärmetauscher können den Anteil des Energieverbrauchs des Kühlsystems am gesamten Verbrauch des Rechenzentrums auf 5 bis 7% senken. Dies ist ein hervorragendes Ergebnis.
Ein weiterer logischer Schritt besteht darin, Rechenzentren in hohe Breiten zu verschieben. Leider funktioniert es nur teilweise. Rechenzentren in der Arktis haben aufgrund der Vielzahl von Schwierigkeiten, die mit ihrem Bau und Betrieb verbunden sind, keine besonderen Wurzeln geschlagen. In so zivilisationsarmen Regionen gibt es Probleme mit der Stromversorgung und den Kommunikationskanälen sowie mit der Verfügbarkeit von qualifiziertem Personal - nur wenige Spezialisten sind bereit, die Schwänze von Eisbären zu verdrehen. Das Lustige ist, dass die freie Kälte im Freikühlsystem auch wegen zu trockener Luft teuer sein kann. Wenn es nicht angefeuchtet wird, sammelt sich eine starke statische Aufladung auf den elektronischen Bauteilen an. Natürlich versuchen Unternehmen, Rechenzentren in den nördlichen Regionen zu errichten, aber sie klettern nicht in das Polareis und bevorzugen immer noch die Nachbarschaft von Megacities.
Wir wärmen das Haus, nicht die Atmosphäre
Die von Rechenzentren erzeugte Wärme wurde an die Atmosphäre abgegeben, und als sie zu viel wurde, dachten die Menschen darüber nach, ein Nebenprodukt für friedliche Zwecke zu verwenden. Die Idee einer nützlichen Wärmerückgewinnung ist offensichtlich, aber aufgrund der instabilen Nachfrage und aus einer Reihe anderer Gründe nicht so einfach zu verwirklichen. Aufgrund der hohen Temperatur auf der Straße treten im Sommer die meisten Probleme mit der Kühlung auf, und gerade zu diesem Zeitpunkt ist der Wärmebedarf der Bevölkerung minimal. Trotzdem gibt es im Westen viele ähnliche Projekte, eines davon wurde von Yandex ins Leben gerufen. Ihr Rechenzentrum heizt eine kleine finnische Stadt .
Zusammenfassung und Schlussfolgerungen
Wenn wir hohe Ideen ignorieren, ist der Bau und Betrieb eines Rechenzentrums eine große Kapital- und Betriebskosten, die das Unternehmen reduzieren möchte. Hier verwerfen wir sofort das kosmische Thema, weil es auf absehbare Zeit nicht mit einer Reduzierung der Ausgaben vereinbar ist. Offshore-Projekte sind möglich, aber noch nicht aus dem Embryonalstadium hervorgegangen. Es stellt sich heraus, dass der einzige wirkliche Weg zur Kostensenkung darin besteht, herkömmliche Rechenzentren zu verbessern. Erstens durch die Steigerung ihrer Energieeffizienz durch den Einsatz von Freikühlung und vorteilhafter Wärmerückgewinnung. Für die kommenden Jahre ist dies der Haupttrend in der Entwicklung des Wohnungsbaus, und dann können Wissenschaftler und Ingenieure uns etwas geben, das nicht so prosaisch ist - Science Fiction wird manchmal Realität.